基于模塊化理論的人體輔助康復器械教學方案設計

孟巧玲 喻洪流

[摘要]隨著康復輔助器具行業的蓬勃發展，相關的康復工程需求越來越大。上海理工大學假肢矯形工程專業開設了《人體輔助康復器械》專業基礎課來滿足培養應用型人才需求。然而傳統教學方式并不適用這門實踐性強的課程。為了提升教學效果，培養實用型人才，本文基于模塊化理論，提出理論模塊與實踐模塊相結合的教學形式來增強學生學習積極性，為學生進入康復輔助器具行業發展打下堅實的基礎。

[關鍵詞]康復器械；模塊化理論；教學方案

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-5918（2016）08-0108-03

doi：10.3969/j.issn.1671-5918.2016.08.050[本刊網址]http：//www.hbxb.net

一、引言

據2015年人口統計數據，我國60周歲以上人口已有22200萬人，占全國人口總數的16.1%；65周歲以上人口有14386萬人，占總人口10.5%；除此之外，我國還有殘障人士近9000萬的。隨著生活水平的提高，我國人民不再滿足基本的溫飽問題，而是對生活質量和個人價值體現有了更高的要求。在這樣的需求下，智能假肢、康復機器人、智能輪椅、智能家居等一系列康復輔助產品日益融人的人們的生活中。肢體功能障礙不再是一種疾病，而是看做缺失某個零件，只要適配合適的輔具便可繼續實現自己的個人價值。隨著社會對康復產品的需求日益增大，康復產業成為了朝陽中朝陽產業康復產業。然而，我國康復產業的發展較發達國家起步較晚，相關康復人才較少，并且由于我國傳統康復概念，國內大部分高校設立的康復相關專業絕大多數為康復治療學；對于工程類人才的培養還十分稀少，如上所述，我國缺少的更多的是具有康復工程背景的專業人才。上海理工大學根據人才形勢需要建立了假肢矯形工程（康復工程）本科專業來滿足社會對康復工程人才的需求。

康復工程技術是當今先進科學技術與人體康復需求相結合的產物，其任務是研究與開發用于人體功能評估、診斷、恢復、代償以及重殘者護理所需的各種設施。上海理工大學所建立的假肢矯形工程（康復工程）專業以培養醫工結合、機電結合、兼容管理并具有實踐動手能力的復合型高級工程應用人才為目標，開設了多門具有較強實踐性專業基礎課程，《人體康復輔助器械》是其中的特色課程之一。

《人體輔助康復器械》主要講授內容包括輔助技術與康復器械兩大部分。輔助技術是用于輔助技術裝置（康復器械）或輔助技術服務的設計技術；康復器械（根據ISO標準的定義中文翻譯應為輔助產品，但由于我國文化背景的需求，現在國內用輔助器具、康復輔助器具康復器械等名詞，本文統一采用康復器械作為專屬名詞）根據《ISO 9999 Assistive Products for Per-sons with Disability：Classification and Terminology》，其可分為12大類，132個次類，包括個人醫療輔助產品、訓練技能輔助產品、矯形器和假肢、個人護理和防護輔助產品、個人移動輔助產品、家務輔助產品、住家和其他場所的家具及其適配件、溝通和信息輔助產品、處理物品和器具的輔助產品、環境改善輔助產品，工具和機器、職業康復產品，以及休閑輔助產品，目前已列入國際產品目錄的產品有8000余種。輔助技術服務是直接幫助功能障礙者來選擇、獲取和使用輔助技術裝置所做的任何服務。總的來說，人體輔助康復器械這門課是一個多學科交叉的課程，涵蓋了康復醫學、生物力學、人因工程學、仿生學、機械工程學、控制工程學、電子工程學、化學工程學、材料工程學及人工智能等多個學科領域。并且，現在康復產業的發展更需要能即刻工作，即具有獨立適配各種康復器械的能力、具有獨自設計康復器械的能力，并具有分析和評估康復器械和適配人需求的能力，因此該門課不能只局限于理論的教授，還需要讓學生進行實操訓練，真正做到培養可適應現代康復技術一線生產及研發需要的應用型人才。

由此可見，《人體輔助康復器械》這門專業基礎課較其他課程具有如下特點：

（一）教學內容多樣化

本門課程是一門多學科交叉課程，涵蓋了各個學科的基礎知識，但是從本專業整體的教學計劃上看，學生無法在學習本門課之前把所有需要的基礎知識學完，因此，本門課程在每一部分理論講解的同時需增加部分與該課程相關的其他學科基礎課。由此可見，本門課的教學內容不只包含12大類，132次類的康復器械產品學習與認知、輔助技術服務（尤其是適配服務）的學習，還要包含涉及到各學科的基礎知識，如機械學科機械設計理論與產品設計理論的學習，電子學科中基本控制電路的設計理論等教學。只有教學內容多樣化才能保證該門課的教學目標的實現。

（二）理論與實踐結合密切性

由于康復器械是與人直接接觸的一種特殊產品，所以從研發到應用，無論哪一個環節都需要技術人員具有足夠的實踐經驗。對于一個剛畢業的本科生來講，他們的實踐經驗來自于課堂，因此本門課必須將理論與實踐相結合，避免學生在實際操作過程中出現紙上談兵的尷尬情況。

在此背景下，作者基于模塊化理論提出模塊化教學來解決傳統教學方法在這樣應用型課堂教學不足的缺點。

二、模塊化理論

H.Simon最早提出了“模塊”的概念，他將在進化環境中促使復雜系統均衡動態演進的特別結構稱為模塊。美國心理學教授Michael Gazzaniga在此基礎上，提出大腦是各個神經系統的子系統以模塊形式組織在一起的。自此，一些學者開始對模塊化進行深入研究，將模塊化理論應用到重型設備的設計、手表、自行車、快餐及教育、法律等領域。

模塊化理論在20世紀70年代初被國際勞工組織研究開發，形成一種以現場教學為主，以技能培訓為核心的教學模式，即模塊式技能培訓。從而形成由若干不同又相互聯系的功能部件組成動態的教學過程，通過教學目標貫穿整個教學的新型教學方式。

隨著模塊化教學方式的形成，許多具有實踐性的課程逐漸開始引用這種教學方式來彌補傳統教學中枯燥、理論與實際相脫離等缺點。但是模塊化教學能夠合理的實施卻要注意以下幾點：

（一）模塊的劃分

將一門課程根據不同的功能劃分成多個模塊是模塊化教學的根本條件。然而一門課程不同于一項產品設計，每節課的內容都有較強的關聯性，因此，如何劃分一門課程是模塊化教學成功的關鍵點之一。

（二）學生的個體差異性

學生學習能力及基礎各不相同，對知識理解的能力也存在差異，學習的主動性也會大不相同。因此，如何設計模塊化內教學目標才能滿足不同學生個體學習需求是模塊化教學難點之一。

（三）實踐教學的實施

模塊化教學是實踐性課程進行的必要教學方式，如何結合知識點的實踐性教學也是模塊化教學的難點之一。

三、《人體輔助康復器械》模塊化教學方案設計

（一）模塊的劃分

教學內容多樣化，在規定課時的限制下，很容易引起教學內容過于科普化，前后內容不連貫的問題產生。傳統的課堂教學方式主要有講授、提問等兩種方式，將多樣化的教學內容通過這兩種方式進行教學，會造成課堂單一、枯燥，調動不起課堂學習氣氛等問題；除此之外，該門課強調實踐教學，即需要鍛煉學生的實操能力，因此，該教學方法也無法實現教學目的。因此，結合這兩點現存的問題，本文提出一例帶全課程的教學方案，一例就是利用一個輪椅適配、設計的例子來貫穿整個教學內容。由于多樣化的教學內容，本課程必須借用模塊化理論將整門課內容進行模塊化劃分，然后再通過實例進行前后貫穿。基于此，本課程將分為兩大主模塊--理論模塊和實踐模塊。理論模塊根據知識點分成輔助技術、輔助技術服務、康復器械設計三個模塊。其中，輔助技術再分為人工智能技術、腦機接口技術和物聯網技術三個子模塊，通過三種先進技術的教學讓學生了解目前康復器械前沿技術。輔助技術服務重點講適配服務，包括以機構為主的適配服務模塊和以人為主的適配服務模塊。康復器械設計包括產品設計、計算機輔助設計、康復器械設計三個子模塊來詮釋康復器械設計的技術要點內容。實踐模塊即為實操模塊，根據理論模塊的內容也分為輔助技術實踐模塊、輔助技術服務實踐模塊和康復器械設計實踐模塊三大模塊。如前所述，本課擬通過一個案例貫穿課程始終，因此實踐模塊詳細劃分為：智能輪椅、腦機接口輪椅、物聯網中的智能輪椅、個人輪椅適配、公共輪椅適配、輪椅個性化設計等六大模塊，將每次課程都分成理論模塊與實踐模塊，使學生能夠做到學到即用到，牢固掌握知識點，學習目標明確。

（二）模塊內目標的設計

如前所述，模塊化教學的難點之一是滿足學生的個體差異性，但是如果設立的目標出現等級的劃分，很容易引起學生的抵觸心理，反而不利于教學的開展。因此，本課程將教學目標根據模塊內容設立三個目標，第一個目標為基礎目標，主要是理論模塊內容基本概念的掌握與理解；第二個目標為進階目標將理論模塊內容在實踐操作中的應用掌握；第三個目標為創新能力培養目標，主要是結合前面兩個目標，拓展學生的創新思維，提高自身知識應用于創新能力。每個目標的等級不同，學生不僅可以在課堂上完成，也可在課下思考，最終完成三個目標，最大程度的降低學生的個體差異性。

（三）實踐教學的方案設計

實踐教學是本門課程的難點，本課程采用本體感覺方法來讓學生對本課程內容有更深入的了解。本體感覺概念來源于康復醫學，旨在利用患者自身感受來幫助患者恢復器官功能。將“本體感覺”應用在《人體輔助康復器械》課程教學中，一方面讓學生互相適配康復器械，感受現存康復器械優缺點，增加其學習興趣，并引導其在設計中所應注意事項，依據自身本體感受學習并設計或改進康復器械，最終達到設計實踐的目的，該方法還可激發學生學習的主動性。在本文研究中，實踐模塊根據理論模塊內容分成六大模塊，根據每個模塊內容特點，讓學生真正理解所學內容與掌握技能。例如輪椅適配和設計兩大模塊，首先請學生自己操控輪椅，根據自己對輪椅操控的感受來講解適配原則與理由，再對所操控輪椅提出改進方案，并利用3D建模軟件進行實施，或者利用現有產品進行改進，充分感受適配原則BAD（Buy-Adapt-Design）原則。除此之外，本門課將針對臨床適配和工程設計兩大專題，聘請臨床適配技師和康復器械設計工程師進行專題化教學，從而增加學生的動手能力和實際工作經驗。

四、實踐與討論

作者將此教改方案進行一個學期的實驗教學，教學發現：從學習積極性來看，本學期參與課程的學生較上學期的學生對輔助技術、康復器械、輔助技術服務有了深刻的理解，其中有80%的同學明確表示對康復器械設計產生興趣，并且課后增加了與教師的溝通，拓展了他們學習的方向。其中一部分同學還利用本門課所學的知識完成醫療器械課程設計，取得優異成績。從學習成績上看，本學期學生的成績較上學期學生提高了20%。

由此可見，模塊化教學不但促進的教學的多樣化，提高了學生的學習積極性，而且也增進了教師與學生之間的交流，讓教學與實踐不再相互孤立，促進理論聯系實際的實施。然而該教學方法的實施也促進了教學評價的多樣性，單一的教學評價不再適用于模塊化教學方式，在今后的教學中，為了給予學生更科學更公平的評價，教學評價方法還需更具模塊內容進行相應的改革與創新。